Симметричные триггеры на биполярных транзисторах

При последовательном включении двух транзисторных ключей входной сигнал инвертируется дважды, т.е., в результате, не меняет своего логического состояния. На рисунке 2.2 показано каскадное включение двух транзисторных ключей.

Рисунок 2.2

Сигнал на выходе Q соответствует сигналу на входе.Таким образом, на входе и выходе присутствует одинаковый логический сигнал. Это позволяет, не опасаясь конфликта, соединить вход и выход схемы (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3

Схема представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока, охваченный сильной положительной обратной связью. Оба каскада работают в режиме ключей, управляя первый вторым и второй – первым. Устройство может находиться в устойчивом состоянии неограниченное время. Если в точке Q присутствует уровень логической единицы, то в точке — логический ноль и наоборот. Установка в требуемое состояние может быть произведена подачей управляющего сигнала на базу соответствующего транзистора. Полученное устройство представляет собой один из наиболее распространенных и простых видов триггеров – RS-триггер на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями. Его традиционная схема представлена на рисунке 2.4.

Управляющий сигнал на входе S (SET) устанавливает триггер в единичное состояние (Q = 1), аналогичный сигнал на входе R (RESET) сбрасывает триггер в нулевое состояние (Q = 0).

Рисунок 2.4

На рисунке 2.5 приведены временные диаграммы напряжений на входах и выходах RS-триггера.

Из рисунка видно, что управляющий сигнал на входе S реализуется в виде импульса низкого уровня (S = 0), обеспечивающего условия для запирания транзистора VT1. При его воздействии триггер формирует на главном выходе Q высокий уровень Q = 1 и низкий уровень = 0 на инверсном выходе. Повторное воздействие отрицательного импульса на вход S не меняет состояния триггера: Q = 1. Для смены состояния триггера необходима подача аналогичного сигнала на вход R (R = 0).

Рисунок 2.5

Триггер переходит из одного состояния равновесия в другое, если управляющее напряжение на его входе Uвх достигает некоторого порогового значения Uп, действующего в течение времени τminсмены состояний в триггере. Значения Uп и τminсовместно определяют чувствительность триггера.

Рассмотрим подробно переходные процессы в схеме с раздельным запуском по базам, протекающие при каждом переключении и представленные на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6

Пусть транзистор VT1 открыт и насыщен, VT2 — закрыт. Значения токов и напряжений для данного состояния равновесия на рисунке 2.6 показаны при t < t0 напряжения на конденсаторах равны соответственно UC1 ≈ UК2 ≈ EП и UC2 ≈ UК1 ≈ 0. При подаче на базу открытого транзистора VT1 в момент t0 запускающего импульса тока отрицательной полярности с амплитудой Im > IбC в триггере возникает переходной процесс, который можно разбить на три основных этапа:

1) длительность задержки фронта импульса на выходе триггера tзад = tр+tп = t2– t0,

где tр = t1  t0 – время рассасывания заряда,

tп = t2  t1 – время подготовки к опрокидыванию схемы;

2) опрокидывание ( регенерации ) триггера длительностью tоп = t3  t2

3) установление нового состояния равновесия длительностью tу = t5  t3

Если входы RS-триггера объединить, как показано но рисунке 2.7, получим схему с общим (счетным) входом — схему Т-триггера.

Т-триггер со счетным запуском по базам реализуется с помощью тех же элементов, что и RS-триггер, но запуск Т-триггера производится отрицательным импульсом, поступающим на базы транзисторов VT1 и VT2 с общей клеммы “Вход C” через разделительный конденсатор Cр и диодные ключи VD1 и VD2.

 7

Рисунок 2.7

При запуске схемы с помощью последовательности одинаковых импульсов, поступающих на Т-вход, триггер переключается каждым из импульсов. При этом частота формируемых на выходе импульсов вдвое ниже частоты входных, т.е. Т-триггер можно рассматривать как делитель на два частоты входной последовательности.

Для счетного запуска используются обычные дифференцирующие RC-цепочки с отсекающими диодами. При прохождении через них отрицательный запускающий импульс обостряется и укорачивается, что позволяет ускорить процесс рассасывания избыточных носителей в базе запираемого транзистора.

Цепи счетного запуска должны обеспечивать надежное распределение переключающих импульсов между транзисторными ключами в зависимости от состояния схемы. Переключение триггера в этой схеме зависит от амплитуды запускающего импульса Uзап. Пусть VT1 открыт и насыщен, VT2 – закрыт. Диоды VD1 и VD2 закрыты, но их запирающие потенциалы существенно различаются: небольшое базовое напряжение насыщения Uбн транзистора VT1 держит VD1 близким к открытому состоянию, а —Uб базы VT2 надежно запирает VD2.

Если Uвх по модулю меньше запирающего напряжения Uб, то отрицательный импульс проходит только на базу открытого транзистора, вызывает его запирание и развитие регенеративного процесса. Если же амплитуда запускающего импульса достаточно велика, то базовые напряжения оказываются недостаточными для управления .диодными ключами и внешний импульс попадет на оба транзистора.

Вследствие это VT2 будет закрыт, а VT1 удержан на время действия импульса tи в закрытом состоянии. При этом не обеспечивается опрокидывание триггера (дальнейшее отпирание VT2 и запирание VT1).

Схема Т-триггера с управляемым счетным запуском по базам реализуется с помощью дополнительных резисторов Rупр1 и Rупр2, объединяющихся с коллекторами диодов и транзисторов рисунок 2.8.

Это позволяет при запуске триггера управлять диодными ключами VD1 и VD2 напряжением с выходов триггера, что делает запуск более надежным при любой амплитуде |Uзап|<+Eп.

.

Триггеры

Триггером называется логическое устройство, имеющее два устойчивых состояния, в одно из которых оно может быть установлено под воздействием внешних управляющих сигналов и оставаться в этом состоянии после их окончания неограниченное время до следующего управляющего воздействия. В цифровой технике высокому и низкому уровню приписывается смысл логических состояний ВКЛ и ВЫКЛ или цифр двоичной арифметики 1 и 0. Свойство длительно сохранять логическое состояние позволяет применять триггер как ячейку двоичной электронной памяти и строить на ее основе целую серию цифровых устройств: регистров, счетчиков, цифровых процессоров различной сложности. Работа триггера может быть описана с помощью временных диаграмм, логических формул, таблиц истинности или графов. Для построения триггеров используются элементы, способные инвертировать логический сигнал, такие как транзисторные ключи, логические элементы и другие.

Как было показано выше, транзисторный ключ выполняет логическую функцию инверсии сигнала, поступающего на его вход. На рисунке 2.1 показана схема ключа на биполярном транзисторе.

 схема ключа на биполярном транзисторе
схема ключа на биполярном транзисторе

 

Логический сигнал, поступающий на вход A, определяет режим работы транзистора VT1. Единичный уровень обеспечивает наличие тока базы транзистора, переводя его в режим насыщения.

Открытое состояние транзистора приводит к тому, что на его коллекторе (выходе Q) будет сформирован сигнал низкого уровня. Нулевой уровень сигнала на входе A приведет к тому, что, за счет источника –Eсм, база-эмиттерный переход транзистора окажется запертым и транзистор перейдет в режим отсечки. Закрытое состояние транзистора приводит к тому, что на его коллекторе (выходе Q) будет сформирован сигнал высокого уровня. 

.